基于ftir大气污染气体红外光谱处理方法研究

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1、基于FTIR大气污染气体红外光谱处理方法研宄梁洁1刘健康2（1、四川水利职业技术学院，四川崇州611830）（2、刘健康：四川农业大学，四川雅安625014）［摘要］目前不管是国内，还是国外，所面临的一个主要环境问题为环境大气的污染问题。要想治理环境，其前提为大气环境的监测，及时掌握大气环境的污染情况。下面文章就FTIR大气污染气体红外光谱处理方式进行研究和分析，针对以往所采用的这些方法所存在的不足与缺陷，提出了相关的该改进措施，并利用所改进的方法来构建了相应的模型，开发了大气污染气体测量系统与数据处理系统。［关键词］FTI

2、R大气污染浓度反演红外光谱处理［作者简介］梁洁（1981-），女，讲师，就职于四川水利职业技术学院环境工程系。刘健康（1975）,男，四川农业大学副教授。［中图分类号］XH［文献标识码］A［文章编号］0439-8041（2013）10-0067-03一、傅里叶变换红外光谱处理方法的概简述光谱在分析和处理数据时，其中最重要的一个环节就是滤波去噪。所谓FTIR光谱分析处理就是指对被测气体中红外特征光谱信号进行去除噪声，通过对其一系列外界干扰因素的处理，增强其光谱信号分析性能,提高其分析的准确度。在利用小波变换来去除噪声的时候，其

3、阀值的选取是非常重要的，直接影响其滤噪的效果。若其阀值过小，就不可完全的去除噪声，而太大则乂容易造成一些有用的信息丢失。明确阀值的方法一般有以下几种：极大极小准则、Sureshink阀值法和启发式阀值法等，由于这几种方法在明确阀值时，具有一定的猜测性，容易造成其去噪效果不够稳定。因此，为了有效地解决这些问题，下面文章就基于小波变换肌理的分析，通过思维进化算法来优化阀值的选择，同时采用多组分气体混合光谱来实施去噪。二、小波变换的简述小波变换思想和傅立叶变换思想相一致，均采用的是一族函数来表示其信号，该族函数通常被称之为小波函数

4、系，这一函数系是由基本小波函数的伸缩与平移所构成的，是一种形状可变iL窗u面积恒定的吋域局域化分析法。（一）去噪原理小波阀值消除噪声技术发展至今，在各个研究课题中均对苏奋相应的阐述，这也使得一种新信号滤波思路出现。不同小波去噪法的原理基本上一致，即按照噪声与信号的小波系数在不同尺度上所呈现的不同性质特点，来建立相对应的去噪规则，通过一定的数学法处理含噪信号的这些小波系数。苏去噪原理的步骤如下：第一，对带噪信号实施小波变换；第二，非线性处理在不同尺度上的这些小波系数；第三，利用新小波系数来实施小波逆变换，从而获得去噪的重构信号

5、。在当前小波去噪种类中，其主要可分为三种：即阀值法、模极大值法与相关系数法，而本文着重就小波阀值法的光谱噪声去除进行介绍。硬阀值是指比较信号绝对值和制定阀值，将小于阀值的点设为0,而大于阀值的点则保持不变。软阀值是指把型号绝对值和指定阀值实施比较，将小于阀值的点设为0,而≥阀值的点则为该点值和阀值之间的差。这两种阀值法之间的区别为：硬阀值处理可将信号特征保留下来，但是会奋相位的振荡，软阀值处理法得到的信号与原始信号具有相似的光滑度，不会出现一些附加振荡，但是会将信号的某些特征丢失掉。（二）评价指标去噪效果除了可以用肉眼

6、来进行主观察以外，冋吋还可利用均方误差与信噪比这两个指标对其去噪效果进行客观地评价。（三）实验结果为了能够更加直观评价小波阀值法的去噪效果，文章就以CO和NO混合气体所构成的透过率光谱作为例子来进行简要的说明。根据上述的方法来进行阀值选定，接着再用软阀值法来对各层小波系数实施阀值化处理，冋吋利用新产生的这些各层小波系数来实施信号的重构，以此获得去噪以后的光谱。表1为小波阀值法和平滑滤波法的去噪结果，在这些结果中可直观看出，采用小波阀值法来将光谱信号中噪声消除，其得到的效果较为明显。表1小波阀值光谱去噪效果评价通过研宄结果来看

7、，在小波分析中参数对于去噪效果有有着非常大的影响。对此，在采用这种方法时，应该对其产生的参数进行深入研究。三、改进后小波阀值法的光谱去噪随着科学技术的不断进步，出现了一种启发式的随机搜索算法，该算法也被称之进化计算法，相对于传统算法而言，这种算法的主要特征就是群体搜索,0前这种方法己被广泛应用于各种复杂问题的解决中，但是该算法在具体应用过程中，还存在着一些缺陷与问题，为了有效地解决这些问题，在1998年的吋候，孙承意等人员提出了一种新的算法，即思维进化算法。（一）思维进化算法的特征这种算法的特点如下：第一，将群体划分成为了临

8、吋子群体与优胜子群体。基于该定义的异化与趋同操作分别实施开发、探测，这两种功能可互相协调且保持相应的独立性，有利于提高效率和算法整体的搜索效率。第二，结构固奋并行性；第三，可记忆超过一代的相关进化信息，便于指导趋冋和异化操作的方向。（二）改进后小波阀值法的去噪算法（三）实验结果和上述实验相